Введение к работе
Актуальность работы. Более 90% стали в мире производится непрерывным способом с помощью кристаллизаторов Основным узлом кристаллизатора является медная гильза, представляющая собой вытянутый открытый с двух сторон сосуд, как правило, прямоугольного или квадратного сечения Жидкая сталь непрерывно поступает в гильзу, охлаждаемую водой, где металл кристаллизуется Сформировавшийся сшггок вытягивают из крист&тлизатора
Для повышения качества заготовки и снижения вероятности прорыва жидким металлом твердой корочки заготовки на выходе из кристаллизатора уровень жидкого металла в гильзе необходимо поддерживать постоянным с
не является метрологическим прибором, подлежащим аттестации
Для малогабаритных (сортовых) кристаллизаторов сечением до 200 х 200 мм2 в настоящее время в качестве прибора измерения уровня используется радиоизотопный преобразователь, устанавливаемый внутри корпуса кристаллизатора Основные недостатки радиоизотопного прибора контроля уровня - потенциальная опасность, неэкологичность и трудности утилизации Существует ряд жестких требований по монтажу и эксплуатации радиоизотопных источников Дополнительный существенный недостаток радиоизотопного прибора состоит в чувствительности к шлаку, периодически добавляемому в гильзу кристаллизатора
Общая технико-экономическая задача состоит в замене радиоизотопного типа прибора в сортовом кристаллизаторе на другой - экологичный, с подобными техническими характеристиками и сопоставимой ценой на рынке
В крупногабаритных (слябовых) кристаллизаторах с большим проходным сечением радиоизотопные преобразователи были вытеснены вихретоковыми благодаря их более высокой точности, меньшей стоимости и экологичности В слябовых кристаллизаторах вихретоковый преобразователь располагается непосредственно над зеркалом металла В сортовых кристаллизаторах преобразователь может быть расположен только сбоку от гильзы
Состояние исследуемой области. Последние три десятилетия делались попытки создания для сортового кристаллизатора накладного вихретокозого преобразователя (ВПТ) взамен радиоизотопного, о чем свидетельствуют патентные и рекламные источники информации Однако до настоящего времени вихретоковый прибор для контроля уровня стали не создан в виде рыночного продукта при очень высокой потребности в таком приборе
Причина состоит в технической сложности реализации встроенного в кристаллизатор ВТП Требуется высокий уровень научно-прикладных исследований соответствующих ВТП и надлежащий уровень прошводительности и быстродействия средств сбора и обработки
информации в режиме реального времени Эти научные и технические предпосылки разработки ВТП для контроля уровня сейчас созданы
На настоящий момент отсутствуют опубликованные печатные научные работы, направленные на создание и научно-прикладной анализ ВТП для сортового кристаллизатора Отсутствуют и диссертационные работы в данном направлении
Проблематика создания встроенного ВТП для контроля уровня стали в сортовом кристаллизаторе состоит в том, что положение уровня необходимо фиксировать за электропроводной медной стенкой При разливке стали сигнал от реального изменения температуры медной стенки гильзы на 1-2 порядка превышает сигнал, обусловленный изменением уровня стали Причем первый сигнал имеет значительную постоянную времени, а второй -нет
Контроль уровня с помощью ВТП приходится проводить в условиях сильного электромагнитного поля, создаваемого устройствами электромагнитного перемешивания стали В спектре помехи от электромагнитного перемешивателя присутствует частота питания ВТП Уровень индукции возбуждения ЭМП в зоне контроля ВТП исходно более чем на порядок превышает уровень индукции возбуждения ВТП
Исследования динамики теплового поля в гильзе, а также электромагнитного поля перемешивателя применительно к их влиянию на сигналы ВТП до настоящего исследования не проводились
Область науки и техники, к которой относятся работа: приборы неразрушающего контроля основанные на вихретоковом методе, и касаются области накладных вихретоковых преобразователей, в частности, для черной металлургии
Целью работы является разработка и исследование вихретоковых средств, повышающих эффективность контроля уровня металла в гильзовых кристаллизаторах при непрерывной разливке стали
Объектом исследования настоящей работы является преобразователь, реагирующий на положение границы раздела электропроводной и неэлектропроводной сред, причем ВТП расположен по отношению к этим средам за неравномерно нагретым медным экраном толщиной 10 - 15 мм в непосредственной близости от мощного электромагнитного технологического устройства перемешивания стали Проектируемый ВТП может быть кратко охарактеризован как ВТП, встроенный в кристаллизатор снаружи от боковой поверхности гильзы
Задачи исследования.
1 Исследование конструктивных схем ВТП с целью выбора измерительного преобразователя, обеспечивающего проведение контрочя без
предварительной калибровки и исследование его характеристик в лабораторных и промышленных условиях разливки стали
2 Исследование основных источников погрешности вихретокового
прибора контроля уровня металла и разработка способов снижения их
влияния
3 Разработка рекомендаций для проектирования вихретоковых
преобразователей и метода контроля уровня металла в гильзовых
кристаллизаторах при непрерывной разливке стали
Научная новизна:
-
Решена задача вихретокового контроля уровня металла в гильзовых кристаллизаторах при непрерывной разливке стали, предложен матричный накяятгаой ВТТТ для контроля уровня стали разработана его математическая модель, учитывающая специфичные условия эксплуатащш ВТП,
-
Исследованы основные характерные источники погрешности ВТП в гильзовом кристаллшаторе нестационарное температурное поле в гильзе, помехи от устройств электромагнитного перемешивания стали Предложен и исследован комплекс мер по снижению влияния электромагнитных помех в матричном ВТП,
-
Создан алгоритм обработки сигналов матричных ВТП для гильзовых кристаллизаторов, существенно снижающий динамическую погрешность вихретокового прибора контроля уровня металла,
-
Получены новые ценные для проектирования результаты анализа характеристик предложенных вариантов конструкций ВТП величины составляющих выходных сигналов, их зависимость от частоты возбуждения, параметров кристаллизатора и уровня жидкого металла
Методы исследования. Использованные в настоящей работе методы включают разделы вихретокового контроля, математического моделирования, цифровой фильтрации сигналов Решение задач выполнено с применением современной вычислительной техники В качестве программных средств для моделирования теплового и электромагнитного полей использовалась программная среда ANSYS 8 1В экспериментальных исследованиях использовалась специализированная среда визуального программирования LabView Экспериментальные исследования проведены на современном оборудовании, а также на специально созданных образцах
Практическая ценность: показана возможность реализации вихретокового контроля уровня металла в гильзовом кристаллизаторе, предложены конструкции встроенных ВТП, получены их характеристики, определены параметры задач проектирования
Достоверность результатов работы подтверждена моделированием, сопоставлением с публикациями в научных изданиях, проверкой с использованием макетов и имитаторов Часть результатов работы опирается
на промышленный эксперимент в реальном технологическом процессе разливки стали
Апробация работы. Результаты работы апробировались в виде доклада на Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов МЭИ «Радиотехника, электротехника и энергетика» и научных семинарах кафедры Электротехники и интроскопии МЭИ и НПО «Техноап»
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии из 102 наименований, приложения и изложена на 174 страницах машинописного текста, иллюстрируется 110 рисунками и 1 таблицей
